專利名稱：一種復合材料防偽元件及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于防偽技術領域，涉及一種通過具有磁性特征的防偽功能薄膜材料，它可加工成復合材料防偽元件，本發(fā)明還涉及所述復合材料防偽元件的制備方法和應用。
背景技術：
通過磁性特征的檢測來提供防偽功效是防偽技術中常用的安全手段。當前在防偽技術中所采用的磁性材料，例如磁性油墨、磁性安全線等，都是采用直接弓I入磁性物質的方式來實現(xiàn)。使用中通過檢測這些磁性物質本身的特征來達到防偽的目的。所用的磁性材料通常包括硬磁和軟磁材料，提供磁性特征的元素一般包括鐵、鈷、鎳、絡及其化合物。
硬磁材料的缺陷是剩磁和矯頑力高，其磁特征效果難以完全重復。相比而言，軟磁材料更適于提供磁性防偽功效，軟磁材料中尤其是非晶軟磁材料，由于剩磁和矯頑力較低，在磁化之后容易恢復最初的狀態(tài)，即最初的無明顯磁序的狀態(tài)，更適合在利用磁場來檢測磁性材料的特征的檢測手段中充當磁性防偽物質，因此也更加受到防偽技術領域的關注。
隨著防偽技術的普遍性使用，磁性材料在防偽領域應用，從技術難度上已經(jīng)被大打折扣，這種常規(guī)形式的磁性防偽物質存在的一個問題是，偽造者可以通過檢測磁性材料的組成來仿制這種材料，使偽造物質的制造沒有了技術障礙。
為提高防偽物的技術難度，目前的防偽技術領域更多地是在探尋新的防偽材料，或者需要多種手段結合的復合防偽功能材料。

發(fā)明內容
本發(fā)明解決的技術問題在于提供一種復合材料防偽元件，該防偽元件利用納米級磁性薄膜與選定基體的相互作用，提供了比較隱蔽的磁性防偽特征，從而提高元件的防偽功效和仿冒難度。
本發(fā)明還提供了該防偽元件的應用，其可為需要安全保障的有價物品提供更有效的防偽手段。
本發(fā)明提供了一種復合材料防偽元件，該防偽元件至少包含由LiNb03基層和沉積于該LiNb03基層上至少部分區(qū)域的Co基非晶磁性薄膜層所形成的復合層，并且，所述Co基非晶磁性薄膜的厚度為50-300nm。
本發(fā)明的防偽元件設計了磁性薄膜與鈮酸鋰基層組成的磁性單元，在磁場環(huán)境中進行檢測，令人驚奇的結果是，會發(fā)現(xiàn)飽和磁化強度顯著增大(相比于相同成分的非晶薄膜)，該結果顯然不是對應于所沉積的非晶磁性材料本身。利用這樣的復合薄膜材料作為防偽元件，仿冒者只通過檢測非晶薄膜的組成，制出相應的合金材料不可能實現(xiàn)仿制。即，仿冒者不能僅僅通過重顯磁性材料的組成來模仿這種防偽特征，因而相比于目前的磁性防偽材料，即使是與相同成分的磁性薄膜相比，本發(fā)明提供的復合磁性材料仍然表現(xiàn)出了不同的磁性特征，這也是本發(fā)明提供的意想不到效果所在。
形成本發(fā)明防偽元件的復合磁性材料中，沉積在基層上的非晶磁性薄膜是納米級(厚度為50-300nm)，該磁性薄膜很薄，很容易通過涂布等方式加以掩蓋，不易被識別，也增加了這種防偽措施的隱蔽性。
非晶軟磁材料的剩磁和矯頑力低，在磁化之后容易恢復最初的狀態(tài)，即最初的無明顯磁序的狀態(tài)，使得非晶軟磁材料適合在利用磁場來檢測磁性材料的特征的檢測手段中充當磁性防偽物質。另一方面，常用的非晶軟磁合金都具有相當比例的非磁性元素，這使得非晶軟磁合金的飽和磁化強度比較低，作為一種防偽材料，低的飽和磁化強度不便于檢測，本發(fā)明提供的防偽元件，通過將非晶薄膜與LiNb03基層結合，其飽和磁化強度約為同等成分的非晶材料的2倍，從而增強了磁信號，作為一種防偽材料，更便于檢測。
根據(jù)本發(fā)明提供的復合材料防偽元件，其中，該防偽元件可以由一個以上所述復合層組合而成。g卩，該防偽元件可以包括一個或多個復合層，以A/L表示，其中A代表非晶薄膜層，L代表LiNK)3基層，對于n個復合層時，例如表示為A1/L1〃A2/L2〃A3/L3......An/Ln等。
優(yōu)選地，本發(fā)明的復合材料防偽元件中，所述多個復合層具有組成和厚度分別相同或不相同的Co基非晶磁性薄膜層，即，各非晶層A1、 A2、A3等可以具有相同或者不同的厚度和組成，而各LiNK)3基層Ll、 L2、 L3等的厚度也可以相同或者不同。
提供復合層A/L的LiNb03基層，可以采用LiNK)3基片，也可以為通過適當?shù)姆椒?，例如射頻磁控濺設在基材表面沉積的LiNb03層，而靶材則可采用商品LiNb03。優(yōu)選地，所述LiNb03基層是于基材表面沉積的LiNb03層所形成，其厚度不大于lpm。
根據(jù)本發(fā)明的具體方案，對于多于一個的復合層組合中，底層(第一層)復合層的LiNK)3基層可以采用LiNb03基片、或于基材表面沉積LiNb03層所形成，第二層以上復合層的LiNb03基層為在前一復合層的Co基非晶磁性薄膜層表面沉積LiNb03層所形成。
LiNb03基層上沉積的Co基非晶薄膜層可包括CoFe基或CoZrNb基非晶磁性薄膜層，作為非限定性示例，本發(fā)明適用的非晶合金可以是Fe-Co-Si-B合金、Co-Fe-Ni-Nb-B合金、Co-Fe-Zr-B合金、Co-Fe-Cu-Nb-Si國B合金、Co-Zr-Nb合金、Co-Zr-Nb-(Ta\Mo\Ta)-B合金、
Co-Fe-Ni-Zr-Nb-(Ta\Mo\Ta)-B合金等，這些非晶合金耙材可以商購或按照公知的方法合成得到。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，所述復合材料與同成份的非晶薄膜，通過面內不同區(qū)域的組合方式，可形成新的防偽元件，具有更奇特的防偽效果。具體地，該防偽元件包括的復合層中，LiNb03基層的部分區(qū)域上沉積 有隔離層，而所述Co基非晶磁性薄膜至少覆蓋了部分隔離層和未沉積隔離 層的LiNb03基層上至少部分區(qū)域。在磁場中檢測時，同樣沉積了非晶薄膜， 對沉積和未沉積隔離層的區(qū)域將顯示不同的磁性特征，這種磁特征的變化
更利于提高磁性薄膜的防偽難度。該方案的形成方式也可變化為在沉積
了隔離層的基材表面部分區(qū)域沉積LiNb03層，而所述Co基非晶磁性薄膜 至少覆蓋了部分LiNb03層和未沉積LiNb03基層的隔離層上至少部分區(qū)域， 于磁場中檢測時顯示了與前述方案同樣的磁特征變化。
上述隔離層可以是Si層、Si02層或者硅酸鹽玻璃層，優(yōu)選地，所述隔 離層為Si層。
本發(fā)明提供的新型防偽元件可以替代目前在常用的安全線、安全片、 防偽標簽等用于需要安全監(jiān)測的制品，從而利于提高制品的安全性，適用 的制品尤其可以包括票證、產(chǎn)品標識或產(chǎn)品包裝等需要設置安全防偽元件 的物品，例如鈔票(紙)、各種票據(jù)、證照、標簽、包裝紙等。
本發(fā)明的上述復合材料防偽元件可以采用任何已知的方法制備得到，
優(yōu)選地，制備本發(fā)明的復合材料材料防偽元件包括采用磁控濺射，通過
濺射Co基合金靶材，在LiNb03基層的至少部分區(qū)域形成所述Co基非晶 磁性薄膜，從而形成至少一個復合層的方法。
本發(fā)明的制備方法優(yōu)選還包括采用射頻磁控濺射的方法在基材表面 沉積LiNb03層形成LiNb03基層，所述LiNb03基層的厚度不大于lpm (例 如大約lOOnm-l(im)。
如前面的描述，本發(fā)明的LiNb03基層可以為LiNb03基片或LiNb03 沉積層，根據(jù)本發(fā)明的具體方案，要求復合層為多個時，先采用射頻磁控 濺射的方法在基材表面沉積LiNb03層形成底層復合層的LiNK)3基層，采 用磁控濺射方法濺射Co基合金靶材，在該LiNb03基層的至少部分區(qū)域形 成所述Co基非晶磁性薄膜層，制成底層復合層，然后在該Co基非晶磁性薄膜層上順序沉積LiNb03層和Co基非晶磁性薄膜層，直至達到需要的復 合層數(shù)。
當制備具有隔離層的薄膜材料，上述方法包括先在LiNb03基層的部分 區(qū)域沉積隔離層(例如Si層)，然后在該隔離層的至少部分區(qū)域和未沉積隔 離層的LiNb03基層的至少部分區(qū)域上沉積所述Co基非晶磁性薄膜。
更具體地，所述制備非晶磁性層的磁控濺射過程優(yōu)選是在0.5-2.0Pa的 氬氣氣氛下進行，并控制用于沉積非晶磁性薄膜的LiNb03基層的溫度在 40-100°C。
本發(fā)明還提供了一種設置有防偽元件的物品，所述防偽元件為上述的 復合材料防偽元件，通過該防偽元件更加隱秘的防偽功效，提供防偽功能 更加強大的安全物品。
總之，本發(fā)明提供了一種新型復合防偽元件，將非晶軟磁材料沉積在 鈮酸鋰基層上，在不改變合金成分的情況下，磁矩(飽和磁化強度)會異
常增加，作為防偽材料，該特征相比于常規(guī)的磁性物質，具有以下優(yōu)點
該磁性特征是由于Co基非晶薄膜層與特定基層相互作用的結果，不可
能僅通過測定合金成分而實現(xiàn)仿冒，提高了仿冒難度；
飽和磁化強度的提高改善了目前非晶材料磁特征信號弱，不利于檢測 的缺陷，更利于非晶材料在防偽領域的應用；
利用相同成分的非晶合金，通過局部設置隔離層，就可提供一種具有 變化的磁特征的防偽材料。


圖1為本發(fā)明提供的在鍍膜基材上形成LiNb03基層(L)和Co基非 晶磁性薄膜(A)，從而形成的A/L復合層的結構示意圖。
圖2為本發(fā)明提供的在鍍膜基材上形成具有多個LiNb03基層(L)和 Co基非晶磁性薄膜(A)的復合層(A/L復合層)的結構示意圖。圖3為在鈮酸鋰基層上局部沉積Si或者Si02或者硅酸鹽玻璃薄膜作為 隔離層的結構示意圖。
具體實施例方式
以下結合具體實施例說明本發(fā)明方案的實施和所產(chǎn)生的有益效果，以 幫助閱讀者更準確了解本發(fā)明的實質和特點，但不能構成對本發(fā)明實施防 偽的任何限定。
實施例1
鍍膜基材選擇厚度為18 u m的PET，首先采用射頻磁控濺射的方法， 濺射沉積一層LiNbCb，厚度為800nm，參見圖1中的L層。然后，采用磁 控濺射的方法，在LiNK)3層L直接濺射Co基合金靶材，沉積Co77Zr8Nb15 非晶薄膜層A，所述磁控濺射過程在0.5-2.0Pa的氬氣氣氛下進行，并控制 LiNb03層L的溫度在大約40-60°C ，非晶薄膜層A的厚度為300nm，獲得 薄膜的飽和磁化強度可以達到800emu/cm3，具體結構如圖1。
作為對照，在Si片上濺射同樣成分和厚度的非晶薄膜，該薄膜的飽和 磁化強度僅為上述薄膜的大約1/2，約為400emu/cm3。
實施例2
鍍膜基材選擇厚度為20 u m的PET，首先采用射頻磁控濺射的方法， 濺射沉積一層LiNb03，厚度為200nm的Ll層。第二步，采用磁控濺射的 方法，直接濺射Co基合金靶材，B卩，在LiNb03基層上沉積厚度為120nm 的Co5oF^Zr6B23非晶薄膜Al層，完成底層復合層A1/L1 。第三步，再采 用射頻磁控濺射的方法在Al沉積一層180nm厚的LiNbO3。第四步，在上 一步所沉積的LiNb03基層上沉積與第二步相同的非晶層，完成第二復合層 A2/L2。所述磁控濺射過程在0.5 Pa的氬氣氣氛下進行，并控制LiNb03基層的溫度在大約40-5(TC。上述四個鍍膜步驟，可以在現(xiàn)有的多室?guī)喞@鍍膜 設備上一次完成。
這樣，即可獲得有兩個A/L復合層組合而成的復合薄膜，結構示意圖 參見圖2 (圖中，n=2)。獲得薄膜的飽和磁化強度可以達到1200emu/cm3。
作為對照，在Si基層上同樣方法濺射同樣的非晶薄膜，該薄膜的飽和 磁化強度僅為上述薄膜的約為700emu/cm3。
實施例3
鍍膜基材選擇厚度為20U m的PET，首先采用射頻磁控濺射的方法， 濺射沉積一層LiNb03，厚度為180nm的Ll層。第二步，采用磁控濺射的 方法，直接濺射Co基合金靶材，在LiNb03基層上沉積厚度為120rnn的 Co77ZrsNb,5非晶薄膜Al層，完成底層復合層A1/L1。第三步，再采用射頻 磁控濺射的方法在Al層上沉積一層180nm厚的LiNbO3。第四步，采用磁 控濺射的方法，直接濺射Co基合金靶材，在該LiNb03基層上沉積厚度為 130nm的Cc^Zr6B23非晶薄膜，完成第二復合層A2/L2。所述磁控濺射過程 在0.5 Pa的氬氣氣氛下進行，并控制LiNbO3基層的溫度在大約40-70。C。 這樣，即可獲得有兩個i復合層組合而成的復合薄膜，結構示意圖參見 圖2 (圖中，n=2)。
復合薄膜的飽和磁化強度在800 emu/cm3以上，而在Si片上的同樣非 晶薄膜的飽和磁化強度約在400 emu/cm3。
實施例4
鍍膜基材選擇厚度為19um的PET，首先采用射頻磁控濺射的方法， 濺射沉積一層LiNb03，厚度為180nm的L層。第二步，采用掩模的蒸發(fā)鍍 膜方法，在上述LiNK)3層L的局部沉積Si層，從而形成局部Si隔離層。 第三步，采用磁控濺射的方法，直接濺射Co基合金靶材，在上述沉積了隔
10離層的基層上沉積厚度為120nrn的Co78ZrsNbi4非晶薄膜A。所述磁控濺射 過程在0.5 Pa的氬氣氣氛下進行，并控制LiNb03基層的溫度在大約50-90 °C。這樣，在沒有Si層的區(qū)域的薄膜的飽和磁化強度，約為有Si層的區(qū)域 的薄膜的兩倍，從而形成不同區(qū)域(沉積了 Si層和未沉積Si層的區(qū)域)飽 和磁化強度明顯不同的復合材料。結構示意圖參見圖3。
可以理解，將Si層間隔分布，會檢測到磁特征的變化規(guī)律性變化，從 而提供一種磁性編碼特征。
權利要求
1、一種復合材料防偽元件，該防偽元件至少包含由LiNbO3基層和沉積于該LiNbO3基層上至少部分區(qū)域的Co基非晶磁性薄膜層所形成的復合層，并且，所述Co基非晶磁性薄膜層的厚度為50-300nm。
2、 根據(jù)權利要求1的復合材料防偽元件，其中，該防偽元件由多于一 個所述復合層組合而成。
3、 根據(jù)權利要求2所述的復合材料防偽元件，其中，所述多于一個復 合層具有組成和厚度分別相同或不相同的Co基非晶磁性薄膜層。
4、 如權利要求1或3所述的復合材料防偽元件，其中，所述Co基非 晶磁性薄膜包括CoFe基或CoZrNb基非晶磁性薄膜。
5、 根據(jù)權利要求1的復合材料防偽元件，其中，該防偽元件包含的復 合層中，LiNb03基層的部分區(qū)域上沉積有隔離層，而所述Co基非晶磁性 薄膜至少覆蓋了部分所述隔離層和未沉積隔離層的LiNb03基層上至少部分 區(qū)域。
6、 根據(jù)權利要求5所述的復合材料防偽元件，其中，所述隔離層為Si層、SK)2層或者硅酸鹽玻璃層。
7、 根據(jù)權利要求1所述的復合材料防偽元件，其中，所述LiNb03基 層為LiNb03基片、或于基材表面沉積的LiNb03層所形成。
8、 根據(jù)權利要求7所述的復合材料防偽元件，其中，所述LiNK)3基 層是于基材表面沉積的LiNb03層所形成，其厚度不大于lpm。
9、 根據(jù)權利要求2所述的復合材料防偽元件，其中，所述多個復合層 中，底層復合層的LiNb03基層為LiNb03基片、或于基材表面沉積的LiNb03 層所形成，第二層以上復合層的LiNb03基層為在前一復合層的Co基非晶 磁性薄膜層表面沉積的LiNb03層所形成。
10、 權利要求1所述的復合材料防偽元件的制備方法，其特征是包括采用磁控濺射方法，通過濺射Co基合金靶材，在LiNb03基層的至少部分 區(qū)域形成所述Co基非晶磁性薄膜層，從而形成至少一個復合層的方法。
11、 根據(jù)權利要求10所述的制備方法，其中還包括采用射頻磁控濺 射的方法在基材表面沉積LiNb03層形成LiNb03基層，所述LiNb03基層的 厚度不大于lpm。
12、 根據(jù)權利要求ll所述的制備方法，其中，復合層為多于一個時， 先采用射頻磁控濺射的方法在基材表面沉積LiNb03層形成底層復合層的 LiNb03基層，并采用磁控濺射方法濺射Co基合金靶材，在該LiNb()3基層 的至少部分區(qū)域形成所述Co基非晶磁性薄膜層制成底層復合層，然后在該 Co基非晶磁性薄膜層上順序沉積LiNb03層和Co基非晶磁性薄膜層直至達 到需要的復合層數(shù)。
13、 根據(jù)權利要求10或11所述的制備方法，其中，該方法還包括先 在LiNK)3基層的部分區(qū)域沉積隔離層，然后在該隔離層的至少部分區(qū)域和 未沉積隔離層的LiNb03基層的至少部分區(qū)域沉積所述Co基非晶磁性薄膜。
14、 根據(jù)權利要求13所述的制備方法，其中，所述隔離層為Si層、Si02 層或者硅酸鹽玻璃層。
15、 根據(jù)權利要求10或11所述的制備方法，其中，所述沉積非晶磁 性薄膜層的磁控濺射過程是在0.5-2.0Pa的氬氣氣氛下進行，并控制用于沉 積非晶磁性薄膜的LiNb03基層的溫度在40-100°C。
16、 一種設置有防偽元件的物品，所述防偽元件是如權利要求1-9任一 項所描述的復合材料防偽元件。
17、 根據(jù)權利要求16所述的物品，其包括票證、產(chǎn)品標識或產(chǎn)品包裝。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復合材料防偽元件及該防偽元件的制備方法和應用，該防偽元件至少包含由LiNbO₃基層和沉積于該LiNbO₃基層上至少部分區(qū)域的Co基非晶磁性薄膜層所形成的復合層，并且，所述Co基非晶磁性薄膜層的厚度為50-300nm。本發(fā)明提供的新型復合防偽元件，將非晶軟磁材料沉積在鈮酸鋰基層上，在不改變合金成分的情況下，磁矩(飽和磁化強度)會異常增加，該磁特征不可能僅通過測定合金成分而實現(xiàn)仿冒，提高了仿冒難度，同時改善了目前非晶材料磁特征信號弱，不利于檢測的缺陷，更利于非晶材料在防偽領域的應用。
文檔編號B32B9/00GK101659138SQ20081011889
公開日2010年3月3日 申請日期2008年8月27日 優(yōu)先權日2008年8月27日
發(fā)明者渠 張, 瑜 曹, 李新宇, 李曉偉, 武建國, 真 王 申請人:中國印鈔造幣總公司